含多通道不同流向旋转输流管动力学特性分析

1

作者 张博 王毅琛 +2 位作者 蔡承宇 丁虎 陈立群 《应用数学和力学》 北大核心 2025年第4期438-450,共13页

涡轮叶片是燃气轮机输出动力的关键部件,为了叶片在高温环境下可以正常工作,需要在内部设置冷却管通道.叶片在内部流体和自身旋转的共同作用下,有着复杂的动力学行为.将叶片简化为多通道不同流向的旋转输流管的开放模型,使用能量法推导... 涡轮叶片是燃气轮机输出动力的关键部件,为了叶片在高温环境下可以正常工作,需要在内部设置冷却管通道.叶片在内部流体和自身旋转的共同作用下,有着复杂的动力学行为.将叶片简化为多通道不同流向的旋转输流管的开放模型,使用能量法推导动力学方程,并进行复模态分析.通过算例研究,揭示了流向、流速和转速对系统稳定性和模态转迁的影响. 展开更多

关键词 旋转输流管 假设模态法 失稳临界流速 模态转迁 稳定性

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旋转输流管拉弯扭耦合振动研究

2

作者 张博 孙东生 +3 位作者 郑昊楷 史云帆 丁虎 陈立群 《振动与冲击》 北大核心 2025年第4期1-9,60,共10页

冷却叶片是重型燃气轮机的核心构件,服役于严峻工况,常常因振动过量而失效。准确掌握冷却叶片振动机理,对重型燃气轮机叶片进行合理化设计与维护具有实际意义。以NACA0012翼型叶片为例,基于Euler-Bernoulli梁理论将模型简化为含不等大... 冷却叶片是重型燃气轮机的核心构件,服役于严峻工况,常常因振动过量而失效。准确掌握冷却叶片振动机理,对重型燃气轮机叶片进行合理化设计与维护具有实际意义。以NACA0012翼型叶片为例,基于Euler-Bernoulli梁理论将模型简化为含不等大双通道单轴对称性的旋转悬臂输流管,利用假设模态法与Lagrange法建立了轴向-弦向-挥舞-扭转四自由度耦合动力学模型。通过和文献结果对比,确认了该研究建立动力学模型的准确性。研究了流体流速、输流管转速、拉伸-弦向耦合和挥舞-扭转耦合效应等对系统固有频率的影响。研究发现:转速对各自由度刚化效应影响不同,导致复杂的模态顺序交换;拉伸-弦向耦合和挥舞-扭转耦合会引发模态转向现象,导致不同阶振动频率降低或升高;对于长细比较大的Euler-Bernoulli梁来说,单轴对称截面的非对称性影响主要集中在挥舞-扭转耦合;在一定转速范围内,挥舞-扭转耦合效应可能诱发系统发生颤振失稳。 展开更多

关键词 旋转输流管 单轴对称 假设模态法 大变形 拉弯扭耦合

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机电耦合效应下刚柔模型的动力学特性分析

3

作者 赖王杰 蔡陈生 +2 位作者 黄昌洋 高海铭 张顺琦 《振动与冲击》 北大核心 2025年第12期10-18,共9页

针对刚柔耦合模型在运动过程中出现柔性振动问题,研究了考虑机电耦合影响的刚柔模型动力学建模与分析。基于Lagrange原理推导了刚柔模型的运动常微分方程和柔性部件偏微分方程,实现柔性部件与刚体之间的耦合动力学计算。在此基础上引入... 针对刚柔耦合模型在运动过程中出现柔性振动问题,研究了考虑机电耦合影响的刚柔模型动力学建模与分析。基于Lagrange原理推导了刚柔模型的运动常微分方程和柔性部件偏微分方程,实现柔性部件与刚体之间的耦合动力学计算。在此基础上引入压电本构,建立考虑机电耦合影响的刚柔耦合连续动力学方程,采用假设模态法将连续动力学方程离散化,建立系统特征方程。分别通过ANSYS软件单独仿真及ANSYS-ADAMS软件联合仿真的方式验证了推导模型的准确性与高效性。基于截断模态的系统动力学模型,对压电结构采用比例-积分-微分(proportional-integral-derivative,PID)控制进行动力学响应计算,验证了基于压电本构的电压控制对高精度刚柔模型振动有明显的抑制作用。 展开更多

关键词 多体动力学 刚柔耦合 假设模态法 机电耦合 振动控制

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欠驱动柔性机器人动力学建模及仿真 被引量：22

4

作者 陈炜 余跃庆 +1 位作者 张绪平 苏丽颖 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第9期931-936,共6页

根据欠驱动机器人的结构特点,以柔性多体系统动力学理论为基础,采用便于实时控制的假设模态方法,建立了具有柔性杆件的欠驱动机器人的动力学模型。对动力学模型的求解进行了分析,讨论了被动关节处模态函数各种边界条件的确定。通过对二... 根据欠驱动机器人的结构特点,以柔性多体系统动力学理论为基础,采用便于实时控制的假设模态方法,建立了具有柔性杆件的欠驱动机器人的动力学模型。对动力学模型的求解进行了分析,讨论了被动关节处模态函数各种边界条件的确定。通过对二自由度欠驱动机器人被动关节的位置控制,实现对柔性杆的弹性变形及其变化的仿真分析,所得结果验证了假设模态方法动力学模型的有效性,反映了不同驱动器位置系统的振动特性和对系统振动控制的必要性。 展开更多

关键词 欠驱动 柔性杆 假设模态法 位置控制

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基于时间有限元方法的旋转柔性叶片动力学响应分析 被引量：5

5

作者 王新栋 邓子辰 +1 位作者 王艳 冯国春 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2014年第4期353-363,共11页

将时间有限元方法引入到柔性多体系统的数值计算中,研究了旋转柔性叶片系统的刚-柔耦合响应问题.首先,基于非线性梁理论,建立了旋转柔性叶片系统的中心刚体-柔性梁模型,构造柔性叶片系统考虑一次近似耦合的Lagrange函数;其次,采用假设... 将时间有限元方法引入到柔性多体系统的数值计算中,研究了旋转柔性叶片系统的刚-柔耦合响应问题.首先,基于非线性梁理论,建立了旋转柔性叶片系统的中心刚体-柔性梁模型,构造柔性叶片系统考虑一次近似耦合的Lagrange函数;其次,采用假设模态方法对空间坐标进行离散,建立系统的时间有限元格式;最后,通过数值实验,分析了柔性叶片的动力学响应.该方法直接构造了系统的离散积分格式,并自动保证了该格式是保辛的,因而具有较高的数值精度和稳定性.数值结果表明:时间有限元可以有效地求解旋转柔性叶片系统内低频大范围运动与高频弹性振动之间的刚-柔耦合问题. 展开更多

关键词 一次近似耦合 假设模态 时间有限元 保辛

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基于变形场不同离散方法的柔性机器人动力学建模与仿真 被引量：21

6

作者 范纪华 章定国 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2016年第4期843-856,共14页

研究了基于变形场不同离散方法的柔性机器人动力学建模和仿真问题.针对多杆空间链式柔性机器人系统,采用假设模态法、有限元法、Bezier插值方法和B样条插值方法对柔性杆变形场进行描述,构造统一形式,运用Lagrange方法,结合4×4齐次... 研究了基于变形场不同离散方法的柔性机器人动力学建模和仿真问题.针对多杆空间链式柔性机器人系统,采用假设模态法、有限元法、Bezier插值方法和B样条插值方法对柔性杆变形场进行描述,构造统一形式,运用Lagrange方法,结合4×4齐次变换矩阵,在计入柔性杆横向弯曲变形引起的纵向缩短的情况下,推导得到多杆空间柔性机器人动力学方程,并编制基于4种变形场不同离散方法的多杆空间链式柔性机器人仿真软件.通过仿真算例对柔性机器人系统的动力学问题进行研究.仿真结果表明:有限元法的计算效率较低;假设模态法在处理较大变形问题时其精度低于Bezier插值方法和B样条插值方法的精度;作为新的变形体离散方法,Bezier插值方法和B样条插值方法可以有效地描述柔性杆的变形场,并能运用到多杆空间柔性机器人动力学建模中. 展开更多

关键词 假设模态法 有限元法 Bezier插值方法 B样条插值方法 柔性机器人

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大范围运动柔性梁的连续力法撞击动力学分析 被引量：4

7

作者 方建士 李宝玉 章定国 《南京理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第6期661-665,共5页

该文研究了柔性梁作大范围旋转运动时的撞击动力学问题。采用子系统法建立了考虑"动力刚化"效应的系统刚柔耦合动力学方程,并采用假设模态法描述变形,将偏微分形式的动力学方程转化为常微分方程。采用Hertz接触理论和非线性... 该文研究了柔性梁作大范围旋转运动时的撞击动力学问题。采用子系统法建立了考虑"动力刚化"效应的系统刚柔耦合动力学方程,并采用假设模态法描述变形,将偏微分形式的动力学方程转化为常微分方程。采用Hertz接触理论和非线性阻尼理论建立接触-碰撞模型,导出柔性梁含碰撞的动力学方程。文中给出了算例,验证了该文方法,并对大范围旋转运动下的柔性梁的动力学进行了探讨。 展开更多

关键词 柔性梁 子系统法 假设模态 接触-碰撞 连续力法

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旋转运动柔性梁的假设模态方法研究 被引量：57

8

作者 蔡国平 洪嘉振 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2005年第1期48-56,共9页

采用假设模态法对旋转运动柔性梁的动力特性进行研究，给出简化的控制模型．首先采用 Hamilton 原理和假设模态离散化方法，在计入柔性梁由于横向变形而引起的轴向变形的二阶耦合量的条件下，推导出基于柔性梁变形位移场一阶完备的一次... 采用假设模态法对旋转运动柔性梁的动力特性进行研究，给出简化的控制模型．首先采用 Hamilton 原理和假设模态离散化方法，在计入柔性梁由于横向变形而引起的轴向变形的二阶耦合量的条件下，推导出基于柔性梁变形位移场一阶完备的一次近似耦合模型，然后对该模型进行简化，忽略柔性梁纵向变形的影响，给出一次近似简化模型，最后将采用假设模态离散化方法的结果与采用有限元离散化方法的结果进行了对比研究．研究中考虑了两种情况：非惯性系下的动力特性研究和系统大范围运动为未知豹动力特性研究．研究结果显示，当系统大范运动为高速时，在假设模态离散化方法中应增加模态数目，较少的模态数目将导致较大误差．一次近似简化模型能够较好地反映出系统的动力学行为，可用于主动控制设计的研究． 展开更多

关键词 旋转运动柔性梁 假设模态法 一次近似 耦合模型 柔性多体系统动力学

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一种新型两自由度柔性并联机械手的动力学建模和运动控制 被引量：9

9

作者 胡俊峰 张宪民 《机械强度》 CAS CSCD 北大核心 2011年第5期633-637,共5页

对一种新型两自由度柔性并联机械手的动力学模型和运动控制进行研究。首先,考虑刚—柔耦合影响,利用假设模态法和Lagrange乘子法,推导出系统的动力学方程,该方程为微分—代数方程组。为了设计控制器,采用坐标分块法将该微分—代数方程... 对一种新型两自由度柔性并联机械手的动力学模型和运动控制进行研究。首先,考虑刚—柔耦合影响,利用假设模态法和Lagrange乘子法,推导出系统的动力学方程,该方程为微分—代数方程组。为了设计控制器,采用坐标分块法将该微分—代数方程组化为二阶微分方程组。然后,根据机械手的控制要求,采用滑模变结构方法设计控制器,该控制器能跟踪所期望的运动轨迹,同时柔性构件的弹性振动得到抑制。仿真结果表明该控制器的可行性和有效性。 展开更多

关键词 并联机械手 柔性构件 滑模变结构控制 假设模态法

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部分主动约束阻尼梁振动的假设模态法建模 被引量：3

10

作者 王淼 孟光 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2009年第4期38-41,共4页

基于夹层结构的Mead-Markus基本假设,使用假设模态法对部分主动约束阻尼覆盖的梁结构进行建模和计算,并与有限元结果进行比较。重点研究压电层厚度、阻尼层厚度、ACLD长度和位置对模态损耗因子的影响。研究表明,适当增加压电层厚度,减... 基于夹层结构的Mead-Markus基本假设,使用假设模态法对部分主动约束阻尼覆盖的梁结构进行建模和计算,并与有限元结果进行比较。重点研究压电层厚度、阻尼层厚度、ACLD长度和位置对模态损耗因子的影响。研究表明,适当增加压电层厚度,减小阻尼层厚度,增加ACLD长度有利于增强阻尼效果。 展开更多

关键词 主动约束阻尼 Mead-Markus模型 假设模态法 几何效应

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空间RRRP机械臂的刚柔耦合非线性动力学特性研究 被引量：3

11

作者 王磊 王三民 牛治永 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2009年第7期169-174,共6页

机械臂的刚柔耦合非线性动力学特性分析是实现其运动精度控制的基础。针对某航天飞行器装载的RRRP型空间机械臂,采用模态组合函数描述各臂的弹性变形,将转动副角位移、移动幅线位移以及各臂的模态坐标作为广义自由度,利用Lagrange定理... 机械臂的刚柔耦合非线性动力学特性分析是实现其运动精度控制的基础。针对某航天飞行器装载的RRRP型空间机械臂,采用模态组合函数描述各臂的弹性变形,将转动副角位移、移动幅线位移以及各臂的模态坐标作为广义自由度,利用Lagrange定理建立了空间RRRP机械臂的非线性动力学方程,采用4-5阶变步长Runge-kutta法,对非线性微分方程组进行了数值求解。研究了机械臂刚柔耦合的非线性特性及结构参数变化对末端振动的影响,为进一步实现其结构优化和精度控制奠定基础。 展开更多

关键词 空间柔性臂 有限元 假设模态 拉格朗日方程 动力学

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柔性两轮移动机器人动力学建模及模型分析 被引量：3

12

作者 阮晓钢 任红格 李欣源 《北京工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第1期47-52,共6页

针对两轮机器人腰部柔性的结构特点,以柔性多体系统动力学理论为基础,设计了柔性两轮移动机器人,并根据假设模态法,将其抽象为平面柔性三连杆系统,利用D'Alembert-Lagrange原理建立了柔性机器人的动力学模型,得到了以机器人本体的3... 针对两轮机器人腰部柔性的结构特点,以柔性多体系统动力学理论为基础,设计了柔性两轮移动机器人,并根据假设模态法,将其抽象为平面柔性三连杆系统,利用D'Alembert-Lagrange原理建立了柔性机器人的动力学模型,得到了以机器人本体的3个杆的倾斜角度和左右轮的转角为参量的系统动力学方程和系统腰部柔性连杆的振动方程.给出了数学模型推导的具体步骤,并对该模型做了仿真分析.结果表明,该模型为柔性机器人的运动及控制研究提供了理论依据. 展开更多

关键词 柔性两轮移动机器人 动力学建模 假设模态法 D’Alembert—Lagrange原理

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随机参数旋转柔性梁运动功能可靠性分析 被引量：2

13

作者 赵宽 陈建军 +1 位作者 曹鸿钧 云永琥 《西安电子科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第5期141-147,共7页

将假设模态法和随机响应面法相结合,对含有随机参数的旋转柔性梁进行运动功能可靠性分析.在柔性梁的纵向变形位移中计及耦合变形量的条件下,采用拉格朗日方程与假设模态法建立了该系统的刚柔耦合动力学模型,考虑系统物理参数和几何参数... 将假设模态法和随机响应面法相结合,对含有随机参数的旋转柔性梁进行运动功能可靠性分析.在柔性梁的纵向变形位移中计及耦合变形量的条件下,采用拉格朗日方程与假设模态法建立了该系统的刚柔耦合动力学模型,考虑系统物理参数和几何参数的随机性,基于随机响应面法对其进行可靠性分析.研究结果表明,与传统的蒙特卡罗法相比,三阶随机响应面法具有良好的计算精度,且效率更高.在取相同变异系数的条件下,质量密度的随机性对系统可靠性影响较大. 展开更多

关键词 旋转柔性梁 拉格朗日方程 假设模态法 随机响应面法 可靠性分析

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大范围运动细长柔性空间结构动力学特性分析 被引量：7

14

作者 赵国威 吴志刚 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2015年第4期512-517,共6页

自由-自由边界无约束状态的细长柔性空间结构大范围运动时的动力学特性对整体结构运动分析和运动控制系统设计具有极其重要的作用。通过浮动坐标系建立结构的运动学关系;借助假设模态法对结构变形进行变量分离;利用Lagrange’s方程建立... 自由-自由边界无约束状态的细长柔性空间结构大范围运动时的动力学特性对整体结构运动分析和运动控制系统设计具有极其重要的作用。通过浮动坐标系建立结构的运动学关系;借助假设模态法对结构变形进行变量分离;利用Lagrange’s方程建立了结构的刚柔耦合振动方程;再通过Rayleigh-Ritz法,以无大范围运动时的振型函数作为基本解组,得到了大范围运动影响下的结构振动特征方程,求解该方程得到了结构频率和振型。通过几组数值算例的对比分析,指出了非耦合模型和耦合模型下结构频率及振型之间的差异。 展开更多

关键词 在轨搬运 浮动坐标系 刚柔耦合 自由-自由边界 假设模态法 Rayleigh-Ritz法

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含横向裂纹弹性盘轴系统的振动特性研究 被引量：3

15

作者 陈昌萍 傅衣铭 《湖南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2002年第3期24-28,共5页

建立了一般情况下含横向裂纹弹性盘轴系统的动力学模型 .利用 Lagrange方程得到了系统的动力学方程 ,采用假设模态法对变量进行离散 ,求出了系统振动频率与轴的转速、裂纹深度及裂纹位置的关系 。

关键词 裂纹 弹性盘轴系统 振动频率 假设模态法

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轴向载荷激励下弹性盘轴转子系统的非线性动力稳定性分析 被引量：2

16

作者 陈昌萍 傅衣铭 《湖南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2003年第3期19-23,共5页

利用拉格朗日方程,在考虑轴和盘的质量和轴的几何非线性的情况下,建立了在周期轴向载荷参数激励下具滑动轴承支承弹性盘轴转子系统的非线性动力学方程.采用假设模态法对系统进行离散,基于Lyapunov运动稳定性理论和Floquet判据,利用谐波... 利用拉格朗日方程,在考虑轴和盘的质量和轴的几何非线性的情况下,建立了在周期轴向载荷参数激励下具滑动轴承支承弹性盘轴转子系统的非线性动力学方程.采用假设模态法对系统进行离散,基于Lyapunov运动稳定性理论和Floquet判据,利用谐波平衡法和数值方法,对系统线性和非线性动力稳定性进行了分析,得出了系统的非线性主动力不稳定区,讨论了多种因素对系统主动力不稳定区的影响,得出了一些有益的结论,并与有关文献进行了比较. 展开更多

关键词 弹性盘轴转子系统 滑动轴承支承 非线性动力稳定性 假设模态法

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刚体-柔性梁系统的撞击动力学分析 被引量：1

17

作者 方建士 章定国 《南京理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第4期404-408,413,共6页

该文研究了刚体-柔性梁系统作大范围旋转运动时的撞击动力学问题。采用子系统法建立了考虑“动力刚化”效应的系统刚柔耦合动力学方程,并采用假设模态描述变形,将偏微分形式的动力学方程转化为常微分方程。基于系统的动力学方程导出撞... 该文研究了刚体-柔性梁系统作大范围旋转运动时的撞击动力学问题。采用子系统法建立了考虑“动力刚化”效应的系统刚柔耦合动力学方程,并采用假设模态描述变形,将偏微分形式的动力学方程转化为常微分方程。基于系统的动力学方程导出撞击时系统的广义冲量一动量方程,与撞击恢复系数方程相结合求出撞击动力学响应。文中给出了算例,验证了该文方法,并对大范围旋转运动下的刚体-柔性梁系统的动力学进行了探讨。 展开更多

关键词 柔性梁 子系统法 假设模态法 撞击动力学 恢复系数

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某型燃气轮机振动特性改进设计 被引量：1

18

作者 冯国全 蔚夺魁 《航空发动机》 2010年第1期7-9,共3页

针对某型燃气轮机临界转速设计裕度不足的问题,结合测试结果,使用假设模态法和数值拟合法,对多种方案进行了计算分析,提出并采用了合理的改进设计方案,即将前支点安装边前移,增加轴承机匣轴向长度,将机匣厚度由16mm减小为10mm;使第2阶... 针对某型燃气轮机临界转速设计裕度不足的问题,结合测试结果,使用假设模态法和数值拟合法,对多种方案进行了计算分析,提出并采用了合理的改进设计方案,即将前支点安装边前移,增加轴承机匣轴向长度,将机匣厚度由16mm减小为10mm;使第2阶临界转速距额定工作转速的裕度从5%增加到10%,达到了改善振动特性的目的。 展开更多

关键词 燃气轮机 振动 临界转速 支点刚度 裕度 假定模态法 数值拟合法

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轴对称匀速转动状态下矩形薄板的动态特性与屈曲分析

19

作者 肖世富 陈滨 刘才山 《北京大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第3期373-380,共8页

应用Hamilton原理建立了轴对称匀速转动状态下对边简支对边自由矩形薄板的非线性动力学方程,采用假设模态法解析分析了板的前3阶近似振动频率、临界分岔值,表明整体运动可使柔性多体系统中的柔性构件产生动力软化效应;进一步采用假设模... 应用Hamilton原理建立了轴对称匀速转动状态下对边简支对边自由矩形薄板的非线性动力学方程,采用假设模态法解析分析了板的前3阶近似振动频率、临界分岔值,表明整体运动可使柔性多体系统中的柔性构件产生动力软化效应;进一步采用假设模态法分析了板的后屈曲近似解,分别得到了从稳定平凡解失稳分岔形成的稳定的对称后屈曲解及其二次分岔产生的非对称后屈曲解,以及从不稳定平凡解分岔产生的不稳定的反对称后屈曲解。 展开更多

关键词 柔性多体系统 假设模态法 动力软化效应 分岔 屈曲

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水平井造斜段弯曲钻柱振动方程的建立及求解

20

作者 伊鹏 刘衍聪 孙振刚 《石油机械》 北大核心 2009年第7期25-29,94-95,共5页

以定向造斜井段中的弯曲钻柱为研究对象,分析其钻进过程中轴向振动和扭转振动,考虑钻井液阻尼、自重和与井壁摩擦对振动特性的耦合作用,建立系统动力学模型,推导出振动微分方程并确定约束条件。对求解方法和过程进行研究探讨,在给定初... 以定向造斜井段中的弯曲钻柱为研究对象,分析其钻进过程中轴向振动和扭转振动,考虑钻井液阻尼、自重和与井壁摩擦对振动特性的耦合作用,建立系统动力学模型,推导出振动微分方程并确定约束条件。对求解方法和过程进行研究探讨,在给定初始条件和边界条件下,采用假设模态法求解钻柱振动模型,得出轴向振动和扭转振动特性的近似表达式。其建模理论、思路和对振动方程的求解讨论可推广应用于不同轨迹井段中的钻柱。 展开更多

关键词 弯曲钻柱 造斜段 轴向振动 扭转振动 假设模态法 耦合作用

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